$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
تم وصف غليكوزيل البروتين في كل من البكتيريا إيجابية الجرام وسالبة الجرام ويتكون من الارتباط التساهمي للجليكان بسلسلة جانبية من الأحماض الأمينية 1,2. في بدائيات النوى ، تحدث هذه العملية عادة عبر آليتين إنزيميتين رئيسيتين: O- و N-glycosylation 3. في O-glycosylation ، يتم ربط الغليكان بمجموعة الهيدروكسيل من بقايا سيرين (Ser) أو ثريونين (Thr). في N-glycosylation ، يتم ربط الجليكان بسلسلة نيتروجين أميد الجانبية لبقايا الأسباراجين (Asn) داخل تسلسلات الببتيد الثلاثي Asn-X-Ser / Thr ، حيث يمكن أن يكون X أي حمض أميني باستثناء البرولين.
يمكن أن يعتمد الجليكان هياكل خطية أو متفرعة ويتكون من السكريات الأحادية أو السكريات المتعددة المرتبطة تساهميا بروابط غليكوزيدية. في بدائيات النوى ، عادة ما يظهر الجليكان تنوعا في تكوين السكر وبنيته مقارنة بالجليكان حقيقيات النواة4. علاوة على ذلك ، تم وصف مسارين مختلفين للغليكوزيل البكتيري يختلفان في كيفية تجميع الجليكان ونقله إلى البروتين المستقبل: الغليكوزيل المتسلسل و en bloc 5,6. بالنسبة للغليكوزيل المتسلسل ، يتم بناء الجليكان المعقد مباشرة على البروتين عن طريق الإضافة المتتالية للسكريات الأحادية. في الغليكوزيل في الكتلة ، يتم نقل جليكان تم تجميعه مسبقا إلى البروتين من أوليغوساكاريد مرتبط بالدهون بواسطة أوليغوساكاريل ترانسفيراز متخصص (OTase). وقد ثبت أن كلا المسارين متورطان في عمليات N- و O-glycosylation 7.
غليكوزيل البروتين له دور في تعديل الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للبروتينات. يمكن أن يؤثر وجود الجليكان على كيفية تفاعل البروتين مع رباطه ، مما يؤثر على النشاط البيولوجي للبروتين ، ولكن يمكن أن يؤثر أيضا على استقرار البروتين ، والذوبان ، والقابلية للتحلل البروتيني ، والمناعة ، والتفاعلات بين الميكروبات والمضيف 8,9. ومع ذلك ، فإن العديد من معلمات الجليكوزيل ، مثل عدد الجليكان ، وتكوين الجليكان ، والموضع ، وآلية التعلق ، يمكن أن تؤثر أيضا على وظيفة البروتين وبنيته.
Glycosyltransferases (GTs) هي الإنزيمات الرئيسية في التخليق الحيوي للجليكان المعقدة و glycoconjugates. تحفز هذه الإنزيمات تكوين الرابطة الغليكوسيدية بين مويتي السكر من جزيء متبرع نشط ومتقبل ركيزة معين. يمكن أن تستخدم GTs كلا من النيوكليوتيدات وغير النيوكليوتيدات كجزيئات مانحة وتستهدف مستقبلات الركيزة المختلفة ، مثل البروتينات والسكريات والأحماض النووية والدهون10. لذلك ، فإن فهم GTs على المستوى الجزيئي مهم لتحديد آليات عملها وخصوصيتها ، كما يمكن من فهم كيفية ارتباط تكوين السكر في الجليكان الذي يعدل الجزيئات ذات الصلة بالإمراض. تصنف قاعدة بيانات إنزيم الكربوهيدرات النشطة (CAZy)11 GTs وفقا لتماثل تسلسلها ، مما يوفر أداة تنبؤية نظرا لأن الطية الهيكلية وآليات العمل ثابتة في معظم عائلات GT. ومع ذلك ، هناك أربعة أسباب تجعل من الصعب التنبؤ بخصوصية الركيزة للعديد من GTs: 1) لم يتم تحديد أي شكل تسلسل واضح يحدد خصوصية الركيزة في بدائيات النوى12 ، 2) تظهر العديد من GTs و OTases اختلاط الركيزة 13,14 ، 3) يصعب إنتاج GTs الوظيفية في غلة عالية في شكل مؤتلف و 4) تحديد كل من الركائز المانحة والمتقبلة أمر معقد. وعلى الرغم من ذلك، مكنت دراسات الطفرات الحديثة من الحصول على تقدم كبير في فهم الآليات التحفيزية وطرح ربط GTs.
في البكتيريا ، يبدو أن O-glycosylation أكثر انتشارا من N-glycosylation. لا تظهر مواقع O-glycosylation تسلسلا إجماعا ، والعديد من بروتينات O-glycosylated تفرز أو بروتينات سطح الخلية ، مثل السوط أو pili أو autotransporters 1. يظهر السوط غليكوزيل التباين في عدد المواقع المتقبلة ، وتكوين الجليكان ، والهيكل. على سبيل المثال ، لدى أساطيل Burkholderia spp موقع متقبل واحد فقط ، بينما في Campylobacter jejuni ، لدى الأسواط ما يصل إلى 19 موقعا متقبلا15,16. علاوة على ذلك ، بالنسبة لبعض البكتيريا ، فإن الغليكان عبارة عن سكاريد أحادي واحد ، في حين أن البكتيريا الأخرى تمتلك جليكان غير متجانس مخترق من السكريات الأحادية المختلفة لتشكيل السكريات القليلة. يحدث هذا التباين حتى بين سلالات من نفس النوع. يتم تعديل سوط هيليكوباكتر فقط بواسطة حمض البسيودامينيك (PseAc)17 ، ويمكن تعديل سوط العطيفة بواسطة PseAc ، وهو شكل الأسيتاميدينو من حمض pseudaminic (PseAm) أو حمض legionaminic (LegAm) ، والجليكان المشتق من هذه السكريات مع الأسيتيل أو N-acetylglucosamine أو بدائل البروبيونيك18,19. في Aeromonas ، يتم تعديل السوط بواسطة الجليكان الذي يتراوح تكوينه من مشتق حمض PseAc واحد إلى عديد السكاريد غير المتجانس20 ، ويكون ارتباط الجليكان بمونومرات السوط دائما عبر مشتق PseAc.
بشكل عام ، يعد غليكوزيل السوط ضروريا لتجميع خيوط السوط ، والحركة ، والضراوة ، وخصوصية المضيف. ومع ذلك ، في حين أن السوط من C. jejuni16 ، H. pylori17 ، و Aeromonas sp. 21 لا يمكن أن تتجمع في خيوط ما لم تكن مونومرات البروتين هي غليكوزيليتد ، Pseudomonas spp. و Burkholderia spp. 15 لا تتطلب غليكوزيل لتجميع السوط. علاوة على ذلك ، في بعض سلالات C. jejuni ، تؤثر التغيرات في تكوين السكر في السوط غليكان على التفاعل بين البكتيريا والمضيف وقد تلعب دورا في التهرب من بعض الاستجابات المناعية16. التراص الذاتي هو سمة مظهرية أخرى تتأثر بالتعديلات في تكوين الجليكان المرتبطة بالسوط. يؤدي انخفاض التراص الذاتي إلى انخفاض القدرة على تكوين المستعمرات الدقيقة والأغشية الحيوية22. في بعض البكتيريا ، تم ربط قدرة السوط على تحفيز استجابة مؤيدة للالتهابات بغليكوزيل السوط. وهكذا ، في P. aeruginosa ، يحفز السوط الغليكوزيلاتي استجابة أعلى مؤيدة للالتهابات من unglycosylated23.
Aeromonas هي بكتيريا سالبة الجرام منتشرة في كل مكان في البيئة ، مما يسمح لها بأن تكون في واجهة جميع مكونات One Health 24. تحتوي Aeromonas الميزوفيليك على سوط قطبي واحد ، يتم إنتاجه بشكل تأسيسي. أكثر من نصف العزلات السريرية تعبر أيضا عن السوط الجانبي ، الذي يمكن تحريضه في وسائط أو ألواح عالية اللزوجة. وقد ربطت دراسات مختلفة كلا النوعين من الأسواط بالمراحل المبكرة من التسبب في البكتيريا25. في حين أن السوط القطبي المبلغ عنه حتى الآن هو O-glycosylated في 5-8 Ser أو Thr بقايا مجالاته المناعية المركزية ، فإن السوط الجانبي ليس جليكوزيلا O-glycosylated في جميع السلالات. على الرغم من أن جليكان السوط القطبي من سلالات مختلفة يظهر تنوعا في تركيبته الكربوهيدراتية وطول السلسلة20 ، فقد ثبت أن السكر الرابط هو مشتق حمض البسيودامينيك.
الهدف من هذه المخطوطة هو وصف طريقة للحصول على طفرات فارغة في GTs محددة أو مناطق كروموسومية تحتوي على GTs لتحليل مشاركتها في التخليق الحيوي لالسكريات ذات الصلة وفي الإمراض البكتيرية ، وكذلك دور الجليكان نفسه. على سبيل المثال ، نقوم بتحديد وحذف منطقة كروموسومية تحتوي على GTs من Aeromonas لإثبات مشاركتها في غليكوزيل السوط القطبي وتحليل دور جليكان السوط. نوضح كيفية حذف GT معين لتحديد وظيفته في التخليق الحيوي لهذا الجليكان ودور الجليكان المعدل. على الرغم من استخدام Aeromonas كمثال ، يمكن استخدام المبدأ لتحديد ودراسة جزر غليكوزيل السوط من البكتيريا الأخرى سالبة الجرام وتحليل وظيفة GTs المشاركة في التخليق الحيوي للجليكان الأخرى مثل عديد السكاريد الدهني O-antigen.